Google đạt được thành tựu mới trong điện toán lượng tử với chip Sycamore 53-qubit

Google LLC hôm nay đã xuất bản một bài báo khoa học cho biết: con chip siêu dẫn 53-qubit chạy trong phòng thí nghiệm nghiên cứu của hãng này đã lần đầu tiên chứng minh được Quantum supremacy (ưu thế lượng tử tối cao).

Ưu thế lượng tử tối cao mô tả khả năng được kỳ vọng của máy tính lượng tử nhằm thực hiện các phép tính phức tạp, quá khó đối với cả những cỗ máy tinh vi nhất. Google tuyên bố rằng con chip của hãng này, được đặt tên là Sycamore, có thể thực hiện thành công một phép tính như vậy.

Hoạt động này liên quan đến việc tìm các pattern (mẫu) theo số ngẫu nhiên được tạo bởi các qubit riêng của bộ xử lý. Sycamore tạo ra một tập hợp các kết quả chính xác trong khoảng 3 phút 20 giây. Google tuyên bố nhiệm vụ tương tự sẽ mất hơn 10.000 năm để hoàn thành trên siêu máy tính lớn nhất thế giới, hệ thống Summit 200 petaflop do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ vận hành.

Một bài báo (vô tình bị rò rỉ vào tháng trước) đã nhận được nhiều ý kiến trái chiều trong cộng đồng học thuật. Các nhà nghiên cứu phát biểu với New York Times rằng họ đã so sánh thành tựu này của Google với chuyến bay thành công đầu tiên được thực hiện bởi anh em nhà Wright vào năm 1903. Nhưng các nhà khoa học tại IBM Corp, nơi đang phát triển chip lượng tử của riêng mình, đã đặt nghi vấn về tuyên bố mang tính đột phá của “gã khổng lồ” này.

Các chuyên gia lập luận trong một bài đăng trên blog rằng, thực tế, việc tính toán được Sycamore thực hiện có thể giải quyết được trên một máy tính truyền thống. Họ đã trích dẫn một phân tích của IBM cho thấy Summit về mặt lý thuyết có thể xử lý nhiệm vụ, nếu được cung cấp đủ lượng phần cứng lưu trữ. Các nhà nghiên cứu đã nêu chi tiết như sau: “Chúng tôi lập luận rằng việc mô phỏng lý tưởng cùng một nhiệm vụ có thể được thực hiện trên một hệ thống truyền thống trong 2,5 ngày và với sự chính xác cao hơn nhiều”.

Những bên khác tham gia vào thị trường điện toán lượng tử đã chào đón tin tức này với sự lạc quan, nhưng vẫn có chút thận trọng. Michael Biercuk, giám đốc điều hành của công ty startup về phần mềm lượng tử Q-CTRL Pty, được hỗ trợ bởi Sequoia cho biết: “Thành tựu này, nếu được giữ vững dưới sự giám sát chặt chẽ và việc tuân thủ nghiêm ngặt, sẽ là một sự kiện mang tính bước ngoặt”. Rich Uhlig, người đứng đầu Intel Labs, nhấn mạnh rằng tiềm năng thương mại của máy tính lượng tử vẫn còn khá xa vời nhưng dù sao vẫn chúc mừng Google về tin tức này.

Hơn nữa, theo nhà phân tích Holger Mueller của Constname Research Inc, đây mới chỉ là bước đầu tiên.

“Mặc dù trở thành người tiên phong là sự đền đáp xứng đáng cho những nỗ lực và chi phí đầu tư mà Google đã bỏ ra, tuy nhiên, điều này không mấy quan trọng đối với việc áp dụng điện toán lượng tử. Đó là cánh cổng đầu tiên công nghệ này phải vượt qua. Giờ đây, vấn đề thiết yếu là phải làm giảm độ phức tạp, tổng chi phí sở hữu và khiến các ứng dụng thế hệ tiếp theo được cung cấp năng lượng lượng tử có thể cùng tồn tại song song với những ứng dụng truyền thống”.

Xây dựng một con chip có khả năng vượt qua siêu máy tính không phải là điều dễ dàng. Các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Google có trụ sở tại Santa Barbara, California, nơi Sycamore được tạo ra, phải phát triển một thiết kế qubit mới, đáng tin cậy hơn dựa trên những kim loại siêu dẫn để tránh các lỗi tính toán.

John Martinis và Sergio Boixo, 2 người đứng đầu phòng nghiên cứu về điện toán lượng tử của Google giải thích: “Chúng tôi đã đạt được hiệu suất này bằng cách sử dụng một loại núm điều khiển mới có khả năng ngắt các tương tác giữa những qubit lân cận. Điều này giúp giảm đáng kể các lỗi trong một hệ thống qubit đa kết nối như vậy.

Chúng tôi đã đạt được hiệu suất cao hơn bằng cách tối ưu hóa thiết kế chip để giảm nhiễu xuyên âm và phát triển các tính năng hiệu chỉnh điều khiển mới để tránh những lỗi về qubit”.

Google đã tham gia vào cuộc đua máy tính lượng tử thương mại trong hơn một thập kỷ. Hãng này trở lại cuộc cạnh tranh vào năm 2006, khi một thành viên của đội ngũ nghiên cứu, Hartmut Neven, đưa ra dự án khám phá cách áp dụng công nghệ này vào machine learning. Công ty này hiện có một nhóm máy tính lượng tử chuyên dụng và tích cực hợp tác với một số trường đại học.